DE902623C

DE902623C - Ferroalloy and its manufacture

Info

Publication number: DE902623C
Application number: DEE2192A
Authority: DE
Inventors: Joseph Harrison Brennan; August Max Kuhlmann
Original assignee: Electric Furnace Products Co Ltd
Current assignee: Linde Canada Inc
Priority date: 1949-04-20
Filing date: 1950-09-23
Publication date: 1954-01-25

Description

Ferrolegierung und ihre Herstellung Die Erfindung betrifft eine Ferrochrom-Silizium-Aluminium-Legierung mit geringem Kohlenstoffgehalt und ein Verfahren zu deren Herstellung.Ferroalloy and its production The invention relates to a ferrochrome-silicon-aluminum alloy low carbon and a process for their manufacture.

Die Legierung gemäß der Erfindung ist besonders brauchbar bei der Erzeugung von niedrigkohlenstoffhaltigen Ferrochrom- oder Chromstählen mittels Reduktion von Chromerz oder chromhaltigen Schlacken. Ihre Verwendung besteht in einer vollständigeren Wiedergewinnung von Chrom, als das bisher bei der Verwendung von Ferrochrom-Silizium- und Ferrosilizium-Legierungen möglich war. Ein weiterer Vorteil der neuen Legierung liegt darin, daß weniger Kalk als Flußmittel zum Neutralisieren der Kieselsäure erforderlich ist, die aus der Reduktion von Chromerzen oder -oxvd stammt. Dieser letztere Vorteil rührt von der Umwandlung des Aluminiumgehaltes der Legierung in Tonerde her, die eine neutrale Substanz oder eine schwache Base ist, bei Reaktionen, die die Reduktion von Chromoxyd einschließen.The alloy according to the invention is particularly useful in Production of low-carbon ferrochrome or chrome steels by means of reduction of chrome ore or slag containing chrome. Their use is more complete Recovery of chromium than was previously possible with the use of ferrochrome silicon and ferrosilicon alloys was possible. Another advantage of the new alloy is that less lime is used as a flux to neutralize the silica is required, which comes from the reduction of chrome ores or oxvd. This the latter advantage arises from the conversion of the aluminum content of the alloy to Produce clay, which is a neutral substance or a weak base, for reactions which include the reduction of chromium oxide.

Erfindungsgemäß enthält die neue Legierung 1o bis 45 % Chrom, 35 bis 55'10, Silizium, 5 bis 25'10 Aluminium und hat einen Kohlenstoffgehalt von weniger als o, i °/o, der Rest besteht im wesentlichen ganz aus Eisen. Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Erzeugung dieser neuen Legierung vor, das die Herstellung einer Masse von Rohmaterial umfaßt, ,das Chromerz und Kieselsäure mit einem berechneten Zusatz von kohlenstoffhaltigem reduzierendem Material in stöchiometrischem Verhältnis umfaßt, das genügend ist, um alle Oxyde in der Masse einschließlich der Verunreinigungsoxyde im Reduktionsmittel zu reduzieren, sowie Schmelzen dieser Masse, bis im wesentlichen alle Magnesia in dem genannten Rohmaterial reduziert und aus der Masse verflüchtigt ist, ferner Fortsetzen des Schmelzvorganges., bis im wesentlichen alle Tonerde des erwähnten Rohmaterials zu Aluminium reduziert ist, sowie Ausziehen der wenig Kohlenstoff enthaltenden Chrom - Silizium - Aluminium-Legierung, die durch die Schmelzoperation erzeugt worden ist.According to the invention, the new alloy contains 10 to 45% chromium, 35 to 55'10, silicon, 5 to 25'10 aluminum and has a carbon content of less as o, i ° / o, the remainder consists essentially entirely of iron. The present invention also provides a method for producing this new alloy, which is the manufacture of a mass of raw material, the chrome ore and silica with a calculated Addition of carbonaceous reducing material in a stoichiometric ratio sufficient to remove all oxides in bulk including impurity oxides reduce in the reducing agent, as well as melting this mass, until essentially Everyone Magnesia is reduced in the said raw material and from the Mass has volatilized, furthermore continuation of the melting process., Until essentially all the alumina of the raw material mentioned is reduced to aluminum, as well as exhausting the low-carbon chromium-silicon-aluminum alloy produced by the melting operation has been generated.

Um die Vorteile der erfindungsgemäß erhaltenen Legierung zu beweisen, wurden vergleichende Versuche unter gleichartigen Bedingungen durchgeführt, bei welchen eine wenig kohlenstoffhaltige Ferrochrom-Legierung aus Chromit durch Reduktion mit einer handelsüblichen Ferrochram-Silizium-Legierung einerseits und mit der erfindungsgemäß erhaltenenLegierung andererseits hergestellt wurde. Es wurde beobachtet, daß bei den Versuchen mit einer Ferrochrom-Silizium-Legierung mit 5o% Silizium als Rückstand Eisen und Chrom und eine 5 bis 7% Chrom enthaltende Schlacke sich ergab, während bei den Versuchen unter Verwendung der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung, die zusätzlich zu Eisen und Chrom angenähert 400/0 Silizium und io% Aluminium enthielt, die sich ergebende Schlacke nur 2 bis 3% Chrom enthielt.In order to prove the advantages of the alloy obtained according to the invention, Comparative tests were carried out under similar conditions at which is a low-carbon ferrochrome alloy made from chromite by reduction with a commercially available ferrochram-silicon alloy on the one hand and with the one according to the invention obtained alloy on the other hand. It has been observed that the experiments with a ferrochrome-silicon alloy with 5o% silicon as a residue Iron and chromium and a slag containing 5 to 7% chromium resulted while in the tests using the alloy to be used according to the invention, which, in addition to iron and chromium, contained approximately 400/0 silicon and 10% aluminum, the resulting slag contained only 2-3% chromium.

Die neue Legierung kann auch gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren gewonnen werden, .bei welchem kein metallisches Aluminium zugesetzt zu werden braucht. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist eine minimale Schlackenbildung und eine Erhöhung der Gewinnung von Chrom aus den verwendeten Rohmaterialien. Ein anderer Vorteil ist die Ausschaltung der durch Verwendung von Tonerde oder Bauxit als Aluminiumquelle entstehenden Kosten.The new alloy can also according to the present invention with a process can be obtained in which no metallic aluminum is added needs to become. One advantage of this process is minimal slagging and an increase in the recovery of chromium from the raw materials used. A Another advantage is the elimination of the use of alumina or bauxite as a source of aluminum.

Allgemein gesagt umfaßt das Verfahren die Herstellung einer wenig Kohlenstoff enthaltenden Ferrochrom-Silizium-Aluminium-Legierung durch vollständige Reduktion von Chromit und Quartzit mittels Kohle, wobei wesentlich alle Bestandteile der Gangart des Chromits reduziert werden einschließlichder Magnesia, die sich verflüchtigt, wodurch die Reduktion der Hauptmasse der Tonerde in der Beschickung möglich wird. Kohlenstoff für die Reduktion kann in irgendeiner der verschiedenen Arten zugeführt werden. Kohle und Holzschnitzel sind ausgezeichnete Kohlenstoffquellen. Ein Teil der Kohle kann auch in Form von hochkohlenstoffhaltigem Ferrochrom oder von Koks zugeführt werden. Die Reduktion kann in einem üblichen elektrischen Schmelzbogenofen ausgeführt werden. Bei diesem Verfahren wird der größere Teil des Aluminiums der entstehenden Legierung durch Reduktion von Tonerde im Chromit und ein kleinerer Teil durch Reduktion von Tonerde aus dem Quartzit und aus Verunreinigungsoxyden der kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel geliefert.Generally speaking, the process involves making a little Carbon-containing ferrochrome-silicon-aluminum alloy through complete Reduction of chromite and quartzite by means of coal, with essentially all components the gangue of the chromite is reduced including the magnesia, which evaporates, this enables the bulk of the alumina in the feed to be reduced. Carbon for reduction can be added in any of several ways will. Coal and wood chips are excellent sources of carbon. A part The coal can also be in the form of high carbon ferrochrome or coke are fed. The reduction can be carried out in a standard electric arc furnace are executed. In this process, the greater part of the aluminum becomes the resulting alloy through reduction of alumina in the chromite and a smaller one Partly through the reduction of alumina from the quartzite and from impurity oxides the carbonaceous reducing agent supplied.

Die folgenden speziellen Beispiele für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von wenig kohlenstoffhaltigen Chrom-Silizium-Aluminium-Legierungen geben ein Bild von den Grundsätzen und der Durchführung der Erfindung. Eine Legierung mit etwa 33% Chrom, 40% Silizium, 9% Aluminium, weniger als o,i% Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, wurde im elektrischen Schmelzofen hergestellt aus einem Gemisch von: Quartzit . . . . . . . . . . . 75o Gewichtsteile Chromerz . .. . . . . . . 585 - Hochkohlenstoff- haltiges Ferrochrom . . 255 - Pocahontas Kohle .... 615 - Holzspäne .......... 22o - Das hochkohlenstoffhaltige Ferrochrom in dem vorstehenden Gemisch enthielt angenähert 650/0 Chrom, 7% Silizium und 6% Kohlenstoff. Das Chromerz hatte -die folgende Zusammensetzung Cr. 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36,38'/o Fe0 ...................... i3,530/0 A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :26,90'/o Si 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,15'/o Mg O -f- Ca O . . . . . . . . . . . . . . . . 17,4811/9 Die Menge des zugeführten Kohlenstoffs war praktisch die theoretische Menge, die zur Reduktion sämtlicher Oxyde in der Beschickung erforderlich war einschließlich ,der in dem Erz enthaltenen Magnesia, deren Hauptmasse in Form von Magnesium während der Scbmelzoperation verflüchtigt wurde. Da die Gangart des Erzes fast vollständig reduziert wurde, wurde sehr wenig Schlacke erzeugt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Verhältnis von Chromerz zu hochkohlenstoffhaltigem Ferrochrom gewandelt werden, um sich den Erfordernissen für die Legierungzusammensetzung und der Analyse des speziellen verwendeten Erzes anzupassen.The following specific examples of the application of the process of the invention to the production of low carbon chromium-silicon-aluminum alloys provide a picture of the principles and practice of the invention. An alloy with about 33% chromium, 40% silicon, 9% aluminum, less than 0.1% carbon, the remainder essentially iron, was produced in an electric furnace from a mixture of: Quartzite. . . . . . . . . . . 75o parts by weight Chrome ore. ... . . . . . 585 - High carbon containing ferrochrome. . 255 - Pocahontas Coal .... 615 - Wood chips .......... 22o - The high carbon ferrochrome in the above mixture contained approximately 650/0 chromium, 7% silicon and 6% carbon. The chrome ore had the following composition Cr. 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.38 '/ o Fe0 ...................... i3.530 / 0 A1203. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : 26.90 '/ o Si 02. . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.15% Mg O-f-Ca O. . . . . . . . . . . . . . . . 17,4811 / 9 The amount of carbon fed was practically the theoretical amount required to reduce all oxides in the feed including the magnesia contained in the ore, the bulk of which was volatilized in the form of magnesium during the smelting operation. Since the gangue of the ore was reduced almost completely, very little slag was produced. In the method of the present invention, the ratio of chrome ore to high carbon ferrochrome can be converted to suit the requirements of the alloy composition and the analysis of the particular ore used.

Chromerz mag, falls erwünscht, als einzige Quelle sowohl für Aluminium als auch für Chrom für die sich ergebende Legierung verwendet werden, wie in dem nachstehenden Beispiel gezeigt ist. Bei diesem Beispiel wurde eine Legierung mit etwa 380/0 Chrom, 28% Silizium, 8% Aluminium, weniger als i,o % Kohlenstoff, Rest im wesentlichen insgesamt Eisen, im .elektrischen Schmelzofen hergestellt aus einem Gemisch von: Ouartzit . . . . . . . . . . . z2o Gewichtsteile Chromerz . . . . . . . . . . . 207 -Pocahontas Kohle . .. . 135 -Holzspäne ... .. .. ... 2o -Das Chromerz in der Beschickungsmasse ergab folgende Analyse: Cr2 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43,561/o, Fe 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 24,oo % A12 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15,570/0 Si 02 . . . . . . . . . . . . . . . . 4,64% Mg O + Ca O . . . . . . . . . . . . . . . . 10,220/0 Da praktisch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Schlacke erzeugt wird, ist die Gewinnung von Chrom höher als bei den Verfahren, bei welchen die Gangart des Erzes zur Erzeugung einer Schlacke verflüssigt werden muß. Sowohl theoretische Studien als auch praktische Versuche haben gezeigt, daß es unter üblichen handelsmäßigen Bedingungen wirtschaftlicher ist, Aluminium aus der vollständigen Kohlereduktion von Chromerz zu gewinnen, indem man Energie und Reduktionsmittel zur Verflüssigung der Magnesia verwendet, als die Legierung aus Ton oder Bauxit und hochkohlenstoffhaltigem Ferrochrom herzustellen.Chrome ore may, if desired, be used as the sole source of both aluminum and chromium for the resulting alloy, as shown in the example below. In this example, an alloy with about 380/0 chromium, 28% silicon, 8% aluminum, less than i, o% carbon, the remainder essentially total iron, was produced in an electric melting furnace from a mixture of: quartzite. . . . . . . . . . . z2o parts by weight of chrome ore. . . . . . . . . . . 207 - Pocahontas Coal. ... 135 -Wood shavings ... .. .. ... 2o -The chromium ore in the charge resulted in the following analysis: Cr2 03. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.561 / o, Fe 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 24, oo% A12 03. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.570 / 0 Si 02. . . . . . . . . . . . . . . . 4.64% Mg O + Ca O. . . . . . . . . . . . . . . . 10.220 / 0 Since practically no slag is produced in the process according to the invention, the extraction of chromium is higher than in the processes in which the gangue of the ore has to be liquefied in order to produce a slag. Both theoretical studies and practical tests have shown that, under normal commercial conditions, it is more economical to obtain aluminum from the full coal reduction of chrome ore by using energy and reducing agents to liquefy the magnesia than the alloy of clay or bauxite and high carbon ferrochrome to manufacture.

Gemäß der Erfindung hergestellte Legierungen können etwas Kalzium zusätzlich zum Chrom, Silizium, Aluminium und Eisen enthalten. Die Menge des vorhandenen Kalziums ist von der Konzentration des Kalkes in dem Rohmaterial abhängig oder von der Menge Kalkstein oder Kalk, die der Beschickung zugesetzt wurde. Die Gegenwart von Kalzium in der Legierung hat sich als nützlich bei den Verwendungen gezeigt, bei welchen die Legierung im allgemeinen verwendet wird.Alloys made according to the invention may contain some calcium in addition to chromium, silicon, aluminum and iron. The amount of existing Calcium is dependent on or on the concentration of lime in the raw material the amount of limestone or lime added to the feed. The presence of calcium in the alloy has been shown to be useful in uses in which the alloy is generally used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ferrochrome-silicon-aluminum alloy with a Chromium content from 10 to 50/0, silicon content from 35 to 551 / o, aluminum content from 5 to z5%, the remainder iron and incidental impurities., these impurities Contains less than 0.1% carbon.

2. Method of manufacture an alloy according to claim i, wherein a charge mass of magnesium and aluminum-containing chrome ores, silicon and a carbon-containing reducing agent melted and the metal alloy produced is then withdrawn, - characterized by, that the proportion of the reducing agent used is chosen so that all oxides including the impurity oxides in the reducing agent are reduced and the melting process is extended until essentially all of the magnesium content the feed mass is reduced and volatilized and any aluminates in the feed mass are reduced to aluminum.

3. The method according to claim 2, characterized in that that some of the carbonaceous reducing agent is in the form of high carbon Ferrochrome is supplied.